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軍艦作為海上的一支重要力量，其海上生存、偵察、攻擊能力是十分重要的。作為提高軍艦的生存能力、偵察和反偵察的艦載雷達(dá)引起了人們的關(guān)注，而作為能使雷達(dá)正常運(yùn)行、隔絕船搖的雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)也成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)。如何在滿足性能的要求下設(shè)計(jì)出重量輕、體積小、精度高、剛度大、動(dòng)態(tài)性能好的雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)一直是近年來研究的熱點(diǎn)。
針對(duì)提出的要求進(jìn)行了某型雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)的設(shè)計(jì)，使之達(dá)到功能要求，可以隔絕船搖。進(jìn)而對(duì)平臺(tái)進(jìn)行了有限元模型的建立。在建立有限元模型時(shí)分別采用了不同劃分網(wǎng)格的方法，并對(duì)劃分結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。采用最優(yōu)的網(wǎng)格建立模型，改變平臺(tái)材料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，分別對(duì)兩種平臺(tái)進(jìn)行了模態(tài)CAE分析，分析結(jié)果表明，改變材料質(zhì)量變輕，剛度不變。
設(shè)計(jì)的雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)需要能夠使雷達(dá)隔絕船搖，即設(shè)計(jì)的雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)最終可以使雷達(dá)既繞方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)，又繞俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
設(shè)計(jì)的某型雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)主要包括方位部分、俯仰部分、負(fù)載平臺(tái)、底座等。方位部分主要包括方位軸及方位軸外殼、方位軸內(nèi)轉(zhuǎn)子力矩定子及轉(zhuǎn)子、編碼器、軸承、螺栓、陀螺儀等。俯仰部分主要包括俯仰軸及俯仰軸外殼、俯仰軸內(nèi)轉(zhuǎn)子力矩定子及轉(zhuǎn)子、軸承、螺栓、陀螺儀等。
運(yùn)用Creo2.0軟件對(duì)其進(jìn)行了數(shù)字化建模，平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。當(dāng)方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)整個(gè)俯仰部分繞著方位軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，俯仰部分繞著俯仰軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，最終達(dá)到負(fù)載平臺(tái)可以既繞著方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)，又可以繞著俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)，可以使其上的雷達(dá)各個(gè)角度轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到功能要求。
某型雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)的初步設(shè)計(jì)為材料均采用Q235鋼的設(shè)計(jì)。為了減輕平臺(tái)質(zhì)量，進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，采用了半鋼半鋁的設(shè)計(jì)，把平臺(tái)不承受很大力的部分采用了鋁。
所設(shè)計(jì)的平臺(tái)零件較多，且各個(gè)零件間的連接關(guān)系較為復(fù)雜，因此必須在滿足計(jì)算精度的范圍內(nèi)進(jìn)行簡化模型。模型的簡化直接影響著計(jì)算的準(zhǔn)確度和計(jì)算速度。在Creo軟件中將倒角、直徑小于2mm的孔去掉，將編碼器、陀螺儀等零件簡化為一體。簡化后的模型如圖所示。
初步設(shè)計(jì)是采用全鋼材料的全鋼結(jié)構(gòu)。改進(jìn)設(shè)計(jì)是采用半鋼半鋁材料的鋼鋁混合結(jié)構(gòu)。材料參數(shù)如表所示。表所選材料的參數(shù)編號(hào)Q235，楊氏模量E=70200 Gpa，泊松比μ=0.33，密度ρ=10-3g/mm，兩種不同設(shè)計(jì)得到的重量分別為：全鋼結(jié)構(gòu)重196kg，鋼鋁混合結(jié)構(gòu)重161.3kg。改進(jìn)設(shè)計(jì)的平臺(tái)輕了34.7kg，使初始設(shè)計(jì)減輕了17.1%的質(zhì)量。網(wǎng)格劃分將簡化后的模型導(dǎo)入Ansys中，賦予材料，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分向來是有限元建模的難點(diǎn)，網(wǎng)格劃分的好壞直接影響著結(jié)果的準(zhǔn)確性。網(wǎng)格越小，計(jì)算結(jié)果越精確，但計(jì)算速度越慢。網(wǎng)格過小還會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力奇異現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)果失真。
網(wǎng)格劃分的水平很大程度上決定有限元模型建立的水平。網(wǎng)格劃分的好壞主要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是畸變度。網(wǎng)格的劃分方法很多，對(duì)設(shè)計(jì)的雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)分別采用了六面體劃分方法和四面體劃分方法對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量比較；對(duì)平臺(tái)采用了添加關(guān)聯(lián)性和不添加關(guān)聯(lián)性的網(wǎng)格質(zhì)量比較；對(duì)平臺(tái)采用了改變關(guān)聯(lián)性中心的網(wǎng)格質(zhì)量比較；對(duì)平臺(tái)細(xì)化和不細(xì)化的網(wǎng)格質(zhì)量比較。
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